energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2024-67-4-363-376energy-2392Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGОбобщенные комплексные переменные кинетики сушки в расчетах длительности сушки плоских тонких влажных материаловGeneralized Complex Variables of Drying Kinetics in Calculations of Drying Duration of Flat Thin Wet MaterialsОльшанскийА. И.Ol’shanskiiA. I.

г. Витебск

Vitebsk

ГолубевА. Н.GolubevA. N.

Адрес для переписки:Голубев Алексей Николаевич  – Витебский государственный технологический университет,просп. Московский, 72,220035, г. Витебск, Республика БеларусьТел.: +375 29 112-79-25tm@vstu.by

Address for correspondence:Golubev Aleksei N.  –Vitebsk State Technological University,72, Moskovsky Ave., 220035, Vitebsk, Republic of BelarusTel.: +375 29 112-79-25tm@vstu.by

tm@vstu.byВитебский государственный технологический университетБеларусьVitebsk State Technological UniversityBelarus202412082024674363376Copyright © Ольшанский А.И., Голубев А.Н., 20242024Ольшанский А.И., Голубев А.Н.Ol’shanskii A.I., Golubev A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2392

Статья посвящена обработке экспериментальных данных в отношении сушки тонких влажных материалов. Расчетные кинетические зависимости, необходимые для определения длительности сушки, могут быть получены из решения дифференциальных уравнений массопереноса, однако эта задача сложна в аналитическом отношении, поскольку сушка является нестационарным процессом, а коэффициенты переноса зависят от влагосодержания и температуры материала в очень сложной форме. Это вызывает необходимость экспериментальных исследований с разработкой приближенных простых эмпирических уравнений для определения длительности сушки с минимальным количеством постоянных, определяемых из эксперимента. В качестве устойчивых комплексных обобщенных переменных при обработке эксперимента были приняты: относительная скорость сушки, обобщенное время сушки, отношение времени сушки по периодам, отношение текущего влагосодержания к критическому. Все переменные взаимосвязаны скоростью сушки в первом периоде (периоде постоянной скорости). В результате обработки опытных данных по конвективной сушке керамики, асбеста, войлока получены формулы, позволяющие определить ее длительность в периоде падающей скорости. Создаваемая такой обработкой эксперимента инвариантность позволяет переходить от одних переменных к другим, от одной системы координат к другой, что значительно сокращает число необходимых экспериментов. Обработка данных и анализ полученных формул показывают, что кривые сушки представляют собой сложные экспоненты, а главными связующими переменными являются относительная скорость сушки и относительное влагосодержание. Представлена проверка точности обработки опытных данных и достоверности полученных эмпирических уравнений, позволяющих рассчитать длительность сушки для указанных материалов. Разброс расчетных значений по сравнению с экспериментальными составляет около 10 %, что находится в пределах точности обработки опытных данных.

The article is devoted to the processing of experimental data regarding the drying of thin wet materials. The calculated kinetic dependencies necessary to determine the drying duration can be obtained from solving differential mass transfer equations, but this task is analytically complex, since drying is a non-stationary process, and the transfer coefficients depend on the moisture content and temperature of the material in a very complex form. This necessitates experimental studies with the development of approximate simple empirical equations for determining the drying duration with a minimum number of constants determined from the experiment. When processing the experiment, the relative drying rate, generalized drying time, the ratio of drying time by periods and the ratio of the current moisture content to the critical one were accepted as stable complex generalized variables when processing the experiment. All variables are interrelated by the drying rate in the first period (the period of constant rate). As a result of processing experimental data on convective drying of ceramics, asbestos, felt, formulas were obtained that make it possible to determine its duration in the period of falling rate. The invariance caused by such experimental processing allows one to move from one variable to another, from one coordinate system to another, which significantly reduces the number of necessary experiments. Data processing and analysis of the resulting formulas shows that the drying curves are complex exponentials, and the main mediating variables are the relative drying rate and relative moisture content. Verification of the accuracy of experimental data processing and the reliability of the obtained empirical equations, which make it possible to calculate the drying duration for the specified materials, is presented. The spread of the calculated values compared to the experiment is about 10 %, which is within the accuracy of experimental data processing.

скорость сушкиотносительная скорость сушкискорость сушки в первом периодедлительность сушкивлагосодержаниеdrying raterelative drying ratedrying rate in the first perioddrying timemoisture contentReferencesКрасников, В. В. Кондуктивная сушка / В. В. Красников. М.: Энергия, 1973. 288 с.Krasnikov V. V. (1973) Conductive Drying. Moscow, Energiya Publ. 288 (in Russian).Лыков, А. В. Теория сушки / А. В. Лыков. М.: Энергия, 1968. 472 с.Lykov A. V. (1968) Theory of Drying. Moscow, Energiya Publ. 472 (in Russian).Акулич, П. В. Расчеты сушильных и теплообменных установок / П. В. Акулич. Минск: Беларус. наука, 2010. 443 с.Akulich P. V. (2010) Calculations of Drying and Heat Exchange Installations. Minsk, Belaruskaya Navuka Publ. 443 (in Russian).Рудобашта, С. П. Массоперенос в системах с твердой фазой / С. П. Рудобашта. М.: Химия, 1980. 248 с.Rudobashta S. P. (1980) Mass Transfer in Systems with a Solid Phase. Moscow, Khimiya Publ. 248 (in Russian).Васильев, В. Н. Технология сушки. Основы тепло- и массопереноса / В. Н. Васильев, В. Е. Куцакова, С. В. Фролов. Санкт-Петербург: ГИОРД, 2013. 224 с.Vasiliev V. N., Kutsakova V. E., Frolov S.V. (2013) Drying Technology. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. St. Petersburg, GIORD Publ. 224 (in Russian).Филоненко, Г. К. Сушильные установки / Г. К. Филоненко, П. Д. Лебедев. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1952. 264 с.Filonenko G. K., Lebedev P. D. (1952) Drying Plants. Moscow–Leningrad, Gosenergoizdat Publ. 264 (in Russian).Ольшанский, А. И. Тепло- и массообмен обобщенными комплексными переменными при термической обработке и сушке теплоизоляционных материалов / А. И. Ольшанский, А. А. Котов, С. М. Кузьменков // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. 2022. Т. 67, № 2. С. 191–203. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2022-67-2191-203.Ol’shanskii A. I., A. A. Kotow, S. M. Kuzmenkov (2022) Heat and Mass Transfer by Generalized Complex Variables During Heat Treatment and Drying of Thermal Insulation Materials. Vestsi Natsyyanal’nai Akademii Navuk Belarusi. Seryya Fizika-Technichnych Navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-Technical Series, 67 (2), 191–203. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2022-67-2-191-203 (in Russian).Ольшанский, А. И. Исследование сушки тонких материалов с использованием обобщенных комплексных переменных / А. И. Ольшанский // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89, № 4. С. 884–894.Ol′shanskii A. I. (2016) Investigation of the Drying of Thin Materials with the use of Generalized Complex Variables. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 89, 886–895. https://doi.org/10.1007/s10891-016-1450-4.Куц, П. С. Некоторые закономерности тепловлагообмена и приближенные методы расчета кинематики процесса сушки влажных материалов / П. С. Куц, А. И. Ольшанский // Инженерно-физический журнал. 1977. Т. 32, № 5. С. 1007–1014.Kuts P. S., Ol'shansky A. I. (1977) Some Features of Heat and Moisture Transfer and Approximate Methods of Calculating the Drying Kinetics of Moist Materials. Journal of Engineering Physics, 32, 650–656. https://doi.org/10.1007/bf00862568.Ольшанский, А. И. Исследование тепломассообмена в процессах тепловой обработки и сушки теплоизоляционных материалов / А. И. Ольшанский, С. В. Жерносек, А. М. Гусаров // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2022. Т. 65, № 2. С. 156–168. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-2-156-168.Ol’shanskii A. I., Zhernosek S. V., Gusarov A. M. (2022) Investigation of Heat and Mass Transfer in the Processes of Heat Treatment and Drying of Thermal Insulation Materials. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 65 (2), 156–168. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-2-156-168 (in Russian).Ольшанский, А. И. Экспериментальное исследование кинетики сушки тонких плоских влажных материалов методом регулярного режима с использованием обобщенных комплексных переменных / А. И. Ольшанский, А. М. Гусаров // Инженерно-физический журнал. 2017. Т. 90, №3. С. 700–713.Ol’shanskii A. I., Gusarov A. M. (2017) Experimental Study of the Kinetics of Drying of Thin Plane Moist Materials by the Regular-Regime Method Using Generalized Complex Variables. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 90, 665–678. https://doi.org/10.1007/ s10891-017-1614-x.Сажин, Б. С. Научные основы техники сушки / Б. С. Сажин. М.: Наука, 1997. 447 с.Sazhin B. S. (1997) Scientific Fundamentals of Drying Techniques. Moscow, Nauka Publ. 447 (in Russian).Кошелева, М. К. Особенности процесса сушки нетканых текстильных материалов / М. К. Кошелева, С. П. Рудобашта // Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе: сб. науч. ст. Первых Международных Лыковских науч. чтений. Курск: Ун-тская кн., 2015. С. 205–210.Kosheleva M. K., Rudobashta S. P. (2015) Features of the Drying Process of Nonwoven Textile Materials. Aktual'nye Problemy Sushki i Termovlazhnostnoi Obrabotki Materialov v Razlichnykh Otraslyakh Promyshlennosti i Agropromyshlennom komplekse: Sb. Nauch. St. Pervykh Mezhdunarodnykh Lykovskikh Nauch. Chtenii [Actual Problems of Drying and Thermal-and-Moisture Treatment of Materials in Various Industries and Agro-Industrial Complex: Collection of Scientific Articles of the First International Lykov Scientific Readings]. Kursk, Universitetskaya Kniga Publ., 205–210 (in Russian).Ольшанский, А. И. Исследование тепло- и массообмена в процессе конвективной термообработки и сушки теплоизоляционных материалов и приближенное уравнение кривой сушки / А. И. Ольшанский, А. Н. Голубев // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2023. Т. 66, № 5. С. 461–477. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-5-461-477.Ol’shanskii A. I., Golubev A. N. (2023) Investigation of Heat and Mass Transfer in the Process of Convective Heat Treatment and Drying of Thermal Insulation Materials and Approximate Equation of the Drying Curve. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 66 (5), 461-477. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-5-461-477 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.